JP3301249B2

JP3301249B2 - 反射用光学素子及びその製造方法

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Publication number: JP3301249B2
Application number: JP01045595A
Authority: JP
Inventors: 元英影山; 勝彦村上; 信也原; 清人真島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-01-26
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH08201591A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反射用光学素子に関す
るものであり、特にＸ線縮小投影露光装置、Ｘ線顕微鏡
等のＸ線光学機器の照明系に好適な反射用光学素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路素子の微細化に伴
い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を
向上させるために、従来の紫外線に代わって、これより
波長の短いＸ線を使用した投影リソグラフィー技術が開
発されている。この技術に使用されるＸ線縮小投影露光
装置は、主としてＸ線源、照明光学系、マスク、結像光
学系、ウェハーステージ等により構成される。

【０００３】Ｘ線源には、放射光やレーザープラズマＸ
線源等が使用される。照明光学系は反射面に斜め方向か
ら入射したＸ線を反射させる斜入射ミラー、反射面が多
層膜により形成される多層膜ミラー、および所定波長の
Ｘ線のみを反射または透過させるフィルター等により構
成され、マスク上を所望の波長のＸ線で照明する。

【０００４】マスクには透過型マスクと反射型マスクと
がある。透過型マスクは、Ｘ線を良く透過する物質から
なる薄いメンブレン上にＸ線を吸収する物質を所定形状
に設けることによってパターンを形成したものである。
一方、反射型マスクは、例えば、Ｘ線を反射する多層膜
上に反射率の低い部分を所定形状に設けることによって
パターンを形成したものである。

【０００５】このようなマスク上に形成されたパターン
は、複数の多層膜ミラー等で構成された投影結像光学系
により、フォトレジストが塗布されたウェハー上に結像
することで該レジストに転写される。なお、Ｘ線は大気
に吸収されて減衰するため、その光路は全て所定真空度
に維持されている。一般に、光学系の収差が充分に小さ
くて収差の影響が無視できるような回折限界の結像にお
いては、光学系の解像力は結像系の性能だけでなく、物
体（リソグラフィーの場合はマスク）の照明方法に左右
される。

【０００６】結像系の入射側開口数に対する照明光の開
口数の比をコヒーレンスファクターσという。σ＝０の
場合をコヒーレント照明による結像といい、この場合に
は、物体は単一な方向から入射する平行光束で照明され
る。この時、光学系の伝達関数（ＯＴＦ）は、図９に示
すように、ＮＡ／λ（ＮＡは結像系の出射側開口数、λ
は照明光の波長）で決まる空間周波数までは一定の値を
示すが、この空間周波数を越えると０になり解像しな
い。

【０００７】一方、σ＝１の場合をインコヒーレント照
明による結像といい、この場合には物体は結像系の入射
側開口全体を満たすような発散角を持つ光線で照明され
る。この時、ＯＴＦは空間周波数が高くなるに従い徐々
に低下するが、２ＮＡ／λの空間周波数までは０になら
ない。従って、像のコントラストは低下するものの、イ
ンコヒーレント照明の方が高い空間周波数のパターンま
で解像することができる。そこで、回折限界の解像力が
要求される露光装置の照明光学系には、解像力とコント
ラストとを勘案して０＜σ＜１の部分コヒーレント照明
が用いられている。

【０００８】実際の露光装置において、マスク上の例え
ば１２０×１２０ｍｍ程度の広い領域を照明する場合に
は、前述のような部分コヒーレント照明の条件を満たす
ことと、照度を均一にすることが要求される。そのよう
な条件を満たす照明光学系として、図１０に示すような
ケーラー照明光学系が広く一般に使用されている。以下
にケーラー照明光学系の機能を簡単に説明する。

【０００９】光源２２から出射した光線は、まず第１の
レンズ２３により平行光束に変換された後、オプティカ
ルインテグレーター２４へ入射する。オプティカルイン
テグレーター２４は平行光束を空間的に分割し、さらに
分割した各光束を集束させるので、光源２２の多重化さ
れた像２５が形成される。紫外光を用いた露光装置にお
いては、オプティカルインテグレーター２４としてフラ
イアイレンズが一般に用いられている。

【００１０】次に、この光源像２５から発散する光線
は、第２のレンズ２６により平行光束に変換された後、
物体２７を照明する。異なる光源像２５から発した光線
束は異なる方向から物体２７へ入射する。この時、途中
（第１のレンズ２３とオプティカルインテグレーター２
４の間）の平行光束の太さが照明光のＮＡ（開口数）を
決め、多重化された光源像２５からの発散角が照明領域
の大きさを決めることになる。点光源から発した光線を
平行光束に変換して物体を照明するので、照度ムラは小
さい。また、照明の開口数の変更も容易である。

【００１１】Ｘ線投影露光装置において、以上のような
ケーラー照明光学系を実現するためには、図１０に示し
たものと等価な光学系を全て反射光学系（例えば多層膜
ミラーを用いたもの）で構成する必要がある。そのよう
な光源を多重化するための光学素子として、図１１に示
すようなケーラー照明用ミラーがJ.B.Murphyらによって
提案されている（Appl. Opt.,32(34)6920(1993))。

【００１２】かかるケーラー照明用ミラーの提案は、理
論的なものであり、実物が存在するわけではない。該ケ
ーラー照明用ミラーは、その反射面の厳密な形状精度及
びあらさ精度の両方が要求されるので、作製が非常に困
難であるからである。しかし、かかるケーラー照明用ミ
ラーがもし存在すれば、前述のＸ線投影露光装置のよう
にレンズ光学系を適用できないＸ線光学系や、その他の
光学系にも用いることができるので、その適用範囲は様
々な装置に広がる。

【００１３】例えば、近年急速に進歩している医学や生
物工学の分野では、通常の可視光（λ＝約４００ｎｍ〜
８００ｎｍ）を用いる顕微鏡よりも分解能が高く、しか
も生きた試料（以下生物試料という、例えば、細胞、バ
クテリア、精子、染色体、ミトコンドリア、べん毛な
ど）も鮮明に観察することができる高解像度顕微鏡とし
て、可視光に代えて波長λ＝２〜５ｎｍの軟Ｘ線を用い
るＸ線顕微鏡が検討され開発されつつある。

【００１４】例えば、図１２は、このようなＸ線顕微鏡
の簡単な構造と光学系を示したものである。図１２にお
いて、Ｘ線発生器１５から出射したＸ線は、Ｘ線照明光
学系１６により集光されて試料カプセル１７中の試料に
照射される。そして、試料を透過したＸ線は、Ｘ線拡大
光学系１８により、試料の像をＸ線撮像装置１９上に結
像させる。Ｘ線発生器１５からＸ線撮像装置１９までの
光路長は、例えば２ｍ程度である。

【００１５】２０は真空排気容器で、２１はこの容器内
を真空にするための装置である。Ｘ線照明光学系１６に
前記ケーラー照明用ミラーを用いることができれば、ケ
ーラー照明光学系を構成することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前記ケーラー照明用ミ
ラーは、点光源からの光束を広げ、またムラをなくすた
めに、光束を分割平面で反射させて１点に集束させる機
能を満足しなければならない。前記ケーラー照明用ミラ
ーの反射面形状は、連続的な凹面鏡の反射凹面に似た形
状であるが、連続的な凹面鏡の反斜面形状とは異なる。
前記ケーラー照明用ミラーの反射面は、複数の平面が互
いに隔離されて配列されたものであり、その配列は、各
平面の中心部における法線が１点に集まるようになされ
ている。

【００１７】従来、反射ミラーは、軸対称であろうと自
由曲面であろうと、主としてＮＣ工作機により加工製作
されてきた。しかし、このような従来の加工方法では、
前記ケーラー照明用ミラーのように厳密な形状精度及び
あらさ精度（面精度）が要求される反射用光学素子を作
製することはできなかった。

【００１８】そのため、前記ケーラー照明用ミラーの提
案のように、厳密な形状精度及びあらさ精度が要求され
る反射用光学素子は、単に理論的なものであり、実際に
は利用することができない（実物が存在しない）という
問題点があった。本発明はかかる問題点に鑑みてなされ
たものであり、厳密な形状精度及びあらさ精度を満たす
反射用光学素子（例えば、前記理論的なケーラー照明用
ミラーと同等の機能を有する反射用光学素子）を提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に、「溝部により隔てた複数の反射平面又は反射略平面
を表面に有し、かつ、複数の突起部を前記溝部の反対面
に有する反射部材の該突起部を、曲面を有する基板の該
曲面に接合してなる反射用光学素子（請求項１）」を提
供する。

【００２０】また、本発明は第二に「前記基板の曲面が
球面であり、かつ、前記複数の反射平面又は反射略平面
の各法線が前記球面の中心を通るように、前記球面に前
記反射部材の突起部が接合されてなることを特徴とする
請求項１記載の反射用光学素子（請求項２）」を提供す
る。また、本発明は第三に「溝部の平面投影形状を回転
対称な格子形状とし、かつ、前記突起部を前記溝部の交
点位置の反対面に設けたことを特徴とする請求項２記載
の反射用光学素子（請求項３）」を提供する。

【００２１】また、本発明は第四に「前記基板と前記反
射部材の突起部とが陽極接合法により接合されてなるこ
とを特徴とする請求項１〜３記載の反射用光学素子（請
求項４）」を提供する。また、本発明は第五に「反射面
にＸ線反射用多層膜を設けたことを特徴とする請求項１
〜４記載の反射用光学素子（請求項５）」を提供する。

【００２２】

【作用】厳密な形状精度及びあらさ精度を満たす反射用
光学素子（例えば、前記理論的なケーラー照明用ミラー
と同等機能を有する反射用光学素子）は、溝部３により
隔てた複数の反射平面又は反射略平面６を表面に有し、
かつ、複数の突起部４を前記溝部３の反対面に有する反
射部材２の該突起部４を、曲面５を有する基板１の該曲
面５に接合してなる反射用光学素子（請求項１）により
実現することができる（図１参照）。

【００２３】本発明の反射用光学素子を製造する方法の
一例を示すと、先ず、平板状部材（例えば、シリコンウ
ェハ）２ａを用意し、該部材２ａに溝部３及び突起部４
を形成して反射部材２を作製する（図５の１．参照）。
溝部３は例えば、ダイシング加工又はエッチング加工に
より形成できる。溝部３をダイシング加工により形成す
る場合には、溝部３の幅はダイシングのブレードの幅
（例えば２０μｍ、１００μｍ）に対応する大きさとな
るが、溝部３をエッチング加工により形成する場合に
は、さらに小さい幅にすることができる。

【００２４】ダイシング加工には、エッチング加工にお
けるフォトリソ工程のように手間のかかる工程がないの
で、加工機さえ用意できれば、簡単に加工を行うことが
できる。しかし、前記したように、ダイシング加工で
は、ブレードの幅等の機械的な制約のために細い溝のよ
うな精度の高い形状を加工するのに限界がある。そこ
で、より高い精度が要求される場合には、工程は長くな
るが、エッチング加工により溝部３を形成するとよい。

【００２５】また、突起部４は例えば、エッチング加工
により形成できる。図６（Ａ）に、エッチング加工によ
り溝部３及び突起部４を形成する工程の一例を示す。先
ず、平板状部材の一例であるシリコンウェハ２ａを用意
する（Ａ１）。そしてシリコンウェハ２ａの両面にＳｉ
Ｏ₂膜１１、１１’（又はＳｉ₃Ｎ₄膜）を蒸着する
（Ａ２）。さらに、溝部を形成する面側の膜１１上にレ
ジスト１２を塗布した後、マスク１３を用いてフォトリ
ソを行って、溝部に対応したレジストパターンを形成す
る（Ａ３）。この際、溝部３形成部分と突起部４形成部
分との位置合わせ用のアライメントマーク１４に対応す
るレジストパターン１４’も形成する。次に、レジス
トパターンをマスクにして、ＣＨＦ₃ガスを用いたＲＩ
Ｅ（リアクティブ・イオン・エッチング）法によりＳｉ
Ｏ₂膜１１のドライエッチングを行って、パターン化さ
れたＳｉＯ₂膜を形成する（Ａ４）。

【００２６】次に、レジスト１２を剥離した後、パター
ン化されたＳｉＯ₂膜をマスクにして、シリコンウェハ
の異方性エッチングを行って溝部３及びアライメントマ
ーク１４を形成する（Ａ５）。異方性エッチングは、ウ
ェットエッチング又はドライエッチングのどちらでも行
うことができる。ウェットエッチングによる異方性エッ
チングでは、例えば、ＫＯＨ水溶液によるウェットエッ
チングにおいて、面方位によってエッチング速度が異な
ることを利用すればよい。また、ドライエッチングによ
る異方性エッチングでは、例えばＣｌ₂＋ＣＨＦ₃にお
けるＲＩＥの側面保護効果を利用すればよい。

【００２７】工程Ａ５により溝部３を形成した後、溝部
３を形成した面とは反対側の面に突起部４を形成する。
先ず、溝部３形成のフォトリソ工程と同様にして（マス
ク１３’を用いる）、突起部に対応したレジストパター
ン１２’を形成する（Ａ６）。この際、前記アライメン
トマーク１４を用いて、突起部の形成位置を精度よく設
定することができる。

【００２８】次に、レジストパターン１２’をマスクに
して、ＣＨＦ₃ガスを用いたＲＩＥ（リアクティブ・イ
オン・エッチング）法によりＳｉＯ₂膜１１’のドライ
エッチングを行って、パターン化されたＳｉＯ₂膜を形
成する（Ａ７）。次に、レジスト１２’を剥離した後、
パターン化されたＳｉＯ₂膜をマスクにして、シリコン
ウェハの異方性エッチングを行って、突起部４を形成す
る（Ａ８）。

【００２９】最後に、表面のＳｉＯ₂膜をＨＦによるウ
ェットエッチングにより除去して、反射部材２が完成す
る（Ａ９）。図６（Ｂ）は、エッチング加工とダイシン
グ加工の組み合わせにより溝部３及び突起部４を形成す
る工程の一例を示す。先ず、平板状部材の一例であるシ
リコンウェハ２ａを用意する（Ｂ１）。そしてシリコン
ウェハ２ａの片面に、ＳｉＯ₂膜１１’（又はＳｉ₃Ｎ
₄膜）を蒸着する（Ｂ２）。さらに、溝部を形成する面
側にレジスト１２を塗布した後、マスク１３を用いてフ
ォトリソを行って、溝部に対応したレジストパターンを
形成する（Ｂ３）。この際、溝部３形成部分と突起部４
形成部分との位置合わせ用のアライメントマーク１４に
相当するレジストパターンも形成する。

【００３０】次に、レジストパターンを目印にしてダイ
シング加工を行って溝部３を形成する（Ｂ４）。工程Ｂ
４により溝部３を形成した後、溝部３を形成した面とは
反対側の面に突起部４を図６（Ａ）の工程と同様に形成
して（Ｂ５〜Ｂ８）、反射部材２が完成する。

【００３１】作製した反射部材２（図５の１．参照）を
曲面５を有する基板１の該曲面５に、例えば陽極接合法
により接合して（図５の２．参照）、反射用光学素子が
完成する（図５の３．参照）。陽極接合法については、
後で詳述する。以上、本発明の反射用光学素子を製造す
る方法の一例を示した。本発明の反射用光学素子にかか
る基板１の曲面５と反射部材２の接合により、基板曲面
５の形状精度が接合後の反射部材２に転写される。即
ち、反射部材２の接合面は接合後、基板曲面５にならっ
て変形することで、基板曲面５の形状精度が接合後の反
射部材２に転写される（図５の３．参照）。

【００３２】反射部材２の接合面は接合後、基板曲面５
にならって変形するが、本発明では反射部材２の反射面
側に複数の反射面（反射平面又は反射略平面）６を隔て
る溝部３を設け、かつ、反射部材２の接合面側に複数の
突起部４を設けている。そのため、反射部材２の接合面
が変形する際に生じる応力を該突起部４及び溝部３形成
部分に集中させて、複数の反射面６の変形を抑制するこ
とができる。

【００３３】また、反射部材２において、反射面６部分
と突起部４及び溝部３形成部分との剛性差を大きくする
程、前記応力を突起部４及び溝部３形成部分に集中させ
て、複数の反射面６の変形を抑制する効果が増大する。
但し、前記剛性差が大きすぎて、突起部４及び溝部３形
成部分への応力集中による該部分の変形が過大になる
と、基板曲面５の形状精度が接合後の反射部材２に転写
される度合いが低下してしまう。

【００３４】従って、前記反射面６の変形抑制及び前記
形状精度の転写の両方を考慮した剛性差を持たせること
が好ましい。前記反射面６の変形抑制及び前記形状精度
の転写の両方を、より的確に達成するためには、突起部
４は、溝部３の平面投影座標位置範囲の反対面に設ける
ことが好ましい。例えば、平面投影形状が図１（ａ）に
示す回転対称な格子形状になるように溝部３が設けられ
ている場合には、突起部４は、溝部３の交点位置Ｐの反
対面に設けることが好ましい。

【００３５】前記剛性差を大きくするには、例えば、反
射面６部分の厚さを突起部４及び溝部３形成部分の厚さ
に対して大きくするか、或いは、溝部３又は突起部４の
幅（一辺の長さ）を反射面６部分（溝部３により隔てら
れた各反射面部分）の幅（一辺の長さ）に対して小さく
すれば良い。なお、溝部３の幅を反射面６部分の幅に対
して小さくすることは、反射面６全体の面積を大きくし
て反射光学素子としての機能を増大する上でも好まし
い。

【００３６】溝部３の好ましい幅は、１０〜２００μｍ
である。突起部４の好ましい幅は、接合方法によって異
なるが、陽極接合法で接合する場合には、５０〜２００
μｍである。反射面６部分の好ましい幅は、１〜５ｍｍ
である。また、溝部３形成部分の好ましい厚さは、５０
〜２００μｍである。突起部４の好ましい厚さは、３０
〜１００μｍである。反射面６部分の好ましい厚さは、
0.5 〜２ｍｍである。

【００３７】溝部３の平面投影形状は、容易に加工で
き、しかも平面座標系において表示しやすい形状が好ま
しく、例えば、図１（ａ）に示す回転対称な格子形状が
好ましい。本発明の反射用光学素子において、前記基板
１の曲面５が球面であり、かつ、前記複数の反射平面又
は反射略平面６の各法線が前記球面の中心Ｃを通るよう
に、前記球面に前記反射部材２が接合されてなる反射用
光学素子（請求項２）は、前記理論的なケーラー照明用
ミラーと同等の機能を有する。

【００３８】なお、前記複数の反射平面又は反射略平面
６の各法線が前記球面（曲面５）の中心Ｃを通るよう
に、前記球面に前記反射部材２を接合するためには、例
えば、溝部３の平面投影形状を回転対称な格子形状と
し、かつ、突起部４を溝部３の交点位置Ｐの反対面に設
けるとよい（請求項３）。また、本発明の反射用光学素
子は、基板曲面５と反射部材２の接合が陽極接合法によ
りなされたものが好ましい（請求項４）。

【００３９】接合法としては、有機系接着剤、ロウ付又
はハンダ付などで用いられる金属系接着剤、ガラス系接
着剤等の接着剤を用いる接合法と、レーザー溶接、シー
ム溶接、超音波溶接等の溶接による接合法と、さらに陽
極接合法をあげることができる。なお、溶接による接合
法には、接合材を介して二つの部材を接合する方法と接
合材を介さないで直接二つの部材を接合する方法があ
る。

【００４０】かかる接合法のうち、接着剤又は接合材を
用いる接合法により、前記基板曲面５及び反射部材２を
接合した場合、基板曲面（基板の接合面）５と反射部材
２の接合面との間に接着剤層又は接合材層が介在するこ
とになるが、この層の厚さが大きいと、基板曲面５の形
状精度を接合後の反射部材２に転写することが困難とな
る。

【００４１】また、基板曲面（基板の接合面）５と反射
部材２の接合面との間に接着剤層又は接合材層が介在す
ると、熱膨張率や塑性の相違による接合強度の低下とい
う問題や、経年変化による接合強度の劣化という問題が
起こりやすくなる。接合材を用いない溶接法により、基
板１と反射部材２を接合する場合は、基板１又は反射部
材２をその融点又は軟化点以上に加熱する必要があるの
で、形状精度を保持したまま接合することが困難であ
る。

【００４２】従って、接合法としては、比較的低温での
接合が可能であり、しかも接合材を用いる必要がなく、
そのため、基板曲面５の形状精度を接合後の反射部材２
に正確に転写することができる陽極接合法が好ましい。
陽極接合法は、接合を行う２部材間に直流電圧を印加す
ることにより、本来（直流電圧を印加しない場合）の接
合温度よりも低い温度での接合を可能とする接合法であ
り、誘電体（例えば、ガラスやセラミックス）と金属類
（単位金属、合金、半導体）の接合に適用できる。

【００４３】陽極接合を行う場合、先ず、接合される誘
電体及び金属類の各接合面を研磨して平滑化することが
好ましい。この平滑化により、接合強度増大の効果が得
られる。例えば、0.05μｍ以下の表面粗さにすることが
好ましい。陽極接合においては、両材料の接合面を重ね
合わせて、誘電体の軟化点及び金属類の融点よりも低い
温度で加熱し、比較的高い直流電圧を両材料間に印加す
ることで、両者の接合がなされる。このときの極性は、
金属類側を＋、誘電体側を−にする。

【００４４】加熱温度は、材料の組み合わせや接合面の
平滑度に依存するが、３００〜６００°Ｃの場合が多
い。接合面の平滑度が良い程、また誘電体の硬度が小さ
い程、より低い加熱温度での接合が可能となる。印加す
る電圧は直流電圧であり、交流電圧の場合には接合はな
されない。また極性は金属類側を必ず＋にする。印加電
圧の大きさは、材料の組み合わせ、接合面の平滑度、加
熱温度に依存するが、２００〜２０００Ｖの場合が多
く、一般には１０００Ｖ前後が適当である。上限値は、
スパークによる破壊を起こさない上限の値となる。

【００４５】電圧の印加時間（接合が完了する時間）
は、加熱温度及び印加電圧に依存するが、加熱温度が高
い程、印加電圧が高い程、短時間となり、一般には数分
程度である。陽極接合は、一般には空気中で行われる
が、酸素、スチーム、窒素、水素、アルゴン、真空、ホ
ーミングガスの雰囲気下でも行うことができる。

【００４６】陽極接合による接合強度を増大するため
に、被接合材料である誘電体と金属類の熱膨張率の差が
小さい組み合わせを選択することが好ましい。例えば、
熱膨張率の差が５０％以下の組み合わせが好ましい。陽
極接合に好適な誘電体としては、例えば、軟質ガラス
（例えば、ホウケイ酸ガラス）、硬質ガラス、光学ガラ
ス、セラミック（例えば、βアルミナセラミックス）、
溶融石英、サファイア、磁器類などがあり、またこれら
の誘電体それぞれとの組み合わせとして好適な金属類と
しては、例えば、コバール、クロム合金、タンタル、シ
リコン、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、Ｇ
ａＡｓなどがある。

【００４７】前記好適な誘電体と、該誘電体との熱膨張
率の差が５０％よりも大きい金属類との組み合わせの場
合でも、金属類を薄膜状にすれば、接合強度の増大が可
能である。このような金属類としては、例えば、銅、
鉄、ニッケル、鉄−ニッケル合金、クロム、アルミニウ
ム、マグネシウム、チタン、ベリリウムなどがある。以
上の材料の組み合わせのうち、陽極接合に特に好適なも
のは、汎用性と加工精度の点から、ホウケイ酸ガラスと
シリコンの組み合わせである。この組み合わせによる陽
極接合では、比較的低い接合温度で、しかも短時間で接
合を行うことができる。

【００４８】本発明の反射用光学素子の反射面にＸ線反
射用多層膜を設けると（請求項５）該素子をＸ線光学素
子として使用することができる。Ｘ線反射用多層膜とし
ては、例えば、Ｍｏ／Ｓｉ、Ｍｏ／Ｓｉ化合物、Ｒｕ／
Ｓｉ、Ｒｕ／Ｓｉ化合物、Ｒｈ／Ｓｉ、Ｒｈ／Ｓｉ化合
物、Ｗ／Ｃ、Ｗ／Ｓｉ、Ｎｉ／Ｃ、Ｃｒ／Ｃ、Ｍｏ／Ｂ
₄Ｃ、Ｍｏ／ＳｉＣ、Ｒｕ／Ｂ₄Ｃ、Ｎｉ／Ｖ₂Ｏ₅、
Ｃｒ／Ｖ₂Ｏ₅の組み合わせのうち、いずれか一つの組
み合わせで、交互に複数回積層したものが使用できる。

【００４９】反射面にＸ線反射用多層膜を設けた光学素
子（請求項５）を製作する方法としては大きくわけて、
多層膜を形成した後に陽極接合を行う方法と、陽極接合
した後に多層膜を形成する方法がある。基板と反射部材
との接合面の曲面度（例えば曲率）が小さい場合には、
接合後でも所望の多層膜（構成層の膜厚比及び各構成層
の膜厚が一定の交互多層膜）を形成しやすいが、曲面度
（例えば曲率）が大きい場合には、接合後に所望の多層
膜を形成しようとすると、成膜条件の設定等、成膜工程
が煩雑になる。そのため接合面の曲面度（例えば曲率）
が大きい場合には、接合前に多層膜を形成するとよい。

【００５０】本発明においては、両方法を提案すること
で、反射面にＸ線反射用多層膜を設けた光学素子（請求
項５）の製法を接合面の形状に関わらずに提供できる。
本発明にかかる反射用光学素子は、各種装置の光学系
（例えば、顕微鏡等の照明光学系）に用いることができ
る。さらに、多層膜を成膜した光学素子はＸ線顕微鏡や
Ｘ線リソグラフィー装置の照明光学系にも適用すること
ができる。また、本発明の反射用光学素子を製造する方
法は、光学素子だけでなく各種機械系要素の製造にも適
用できる。

【００５１】以下、本発明を実施例により更に具体的に
説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものでは
ない。

【００５２】

【実施例１】図１は本実施例の光学素子の平面図（ａ）
及び断面図（ｂ）であり、該光学素子は、溝部３により
隔てた複数の反射平面又は反射略平面６を表面に有し、
かつ複数の突起部４を裏面に有する反射部材２の該突起
部４を、曲面５を有する基板１の該曲面５に接合してな
る反射用光学素子である。

【００５３】前記基板１の曲面５は形状精度のよい球面
であり、かつ、前記複数の反射面６の各法線が前記球面
の中心Ｃを通るように、前記球面に前記反射部材２が接
合されている。基板１の材料にはホウケイ酸ガラスを、
反射部材２の材料にはシリコンを使用した。また、基板
１と反射部材２の接合は、陽極接合法により行った。

【００５４】以下、本実施例の光学素子を作製する手順
を示す。先ず、平板状部材（例えば、シリコンウェハ）
２ａを用意し、該部材２ａに溝部３及び突起部４を形成
して反射部材２を作製した（図５の１．参照）。溝部３
は、ダイシング加工又はエッチング加工により形成し、
突起部４はエッチング加工により形成した（図６の工程
参照）。

【００５５】作製した反射部材２を曲面５を有する基板
１の該曲面５に、陽極接合法により接合して（図５の
２．参照）、反射用光学素子を作製した（図５の３．参
照）。陽極接合の際には、接合を行う前に、先ず、反射
部材２の反射面部分を研磨して最大表面粗さを0.001 μ
ｍ以下とした。また、接合される反射部材（シリコン）
２及び基板（ホウケイ酸ガラス）１の各接合面を研磨し
て平滑化（0.05μｍ以下の最大表面粗さ）した。

【００５６】陽極接合は、反射部材（シリコン）２及び
基板（ホウケイ酸ガラス）１を約４００℃に加熱した状
態において、反射部材（シリコン）２側８の極性を＋、
基板（ホウケイ酸ガラス）１側８’の極性を−にして、
直流電圧約６００Ｖを印加して行い約１０分で接合が完
了した。図１（ａ）に示すように、溝部３の平面投影形
状は、容易に加工でき、しかも平面座標系において表示
しやすい形状である、回転対称な格子形状とした。また
溝部３の交点位置Ｐの反対面に突起部４を設けた。

【００５７】反射部材２において、反射面６部分と溝部
３形成部分及び突起部４との剛性差を大きくするため
に、溝部３の幅と溝部形成部分の厚さ、及び突起部４の
幅と厚さに対して、反射面部分の厚さ及び一辺の長さ
（幅）を大きくした。即ち、溝部３の幅１００μｍ、溝
部形成部分の厚さ１５０μｍ、及び突起部４の幅１００
μｍと厚さ１００μｍに対して、反射面部分の厚さ２ｍ
ｍ及び一辺の長さ２ｍｍとした。

【００５８】基板１と反射部材２を陽極接合したとき、
溝部３形成部分及び突起部４において最大変形量0.1 μ
ｍの変形が生じたのに対して、反射面６部分では殆ど変
形が起こらず、反射面６部分の最大表面粗さを0.001 μ
ｍ以下に保持することができた。尚、接合面である基板
の曲面形状によっては、前記最大変形量の値がさらに大
きくなるが、その場合には、反射面６部分の厚さをさら
に大きくすることで、反射面６の変形量が光学系で要求
される表面粗さ精度の範囲に入るようにすればよい。

【００５９】

【実施例２】図２は本実施例の光学素子の断面図であ
る。該光学素子は、曲面を有する基板１の該曲面上に誘
電体層９を設け、該誘電体層９を介して前記基板１と、
溝部３により隔てた複数の反射平面又は反射略平面６を
表面に有し、かつ複数の突起部４を裏面に有する反射部
材２（の突起部４）を接合してなる反射用光学素子であ
る。

【００６０】前記基板１の曲面は球面であり、かつ、前
記複数の反射面６の各法線が前記球面の中心を通るよう
に、前記球面に前記反射部材２が接合されている。な
お、誘電体層９はパイレックスガラス（ホウケイ酸ガラ
ス）を基板１上に蒸着することにより設けた。誘電体層
９の厚さは0.2 〜２μｍが好ましいが、本実施例では0.
4 μｍとした。

【００６１】基板１の材料にはステンレスを、反射部材
２の材料にはシリコンを使用した。また、基板１と反射
部材２の接合は、陽極接合法により行った。基板１と反
射部材２を陽極接合したとき、溝部３形成部分及び突起
部４において最大変形量0.1 μｍの変形が生じたのに対
して、反射面６部分では殆ど変形が起こらず、最大表面
粗さ0.001 μｍ以下の反射面６とすることができた。

【００６２】

【実施例３】図３は本実施例の光学素子の断面図であ
る。該光学素子は、溝部３により隔てた複数の反射平面
又は反射略平面６を表面に有し、かつ複数の突起部４を
裏面に有する反射部材２の突起部４に金属類層（シリコ
ン薄膜層）１０を設け、該金属類層１０を介して前記反
射部材２と、曲面５を有する基板１の該曲面５とを接合
してなる反射用光学素子である。金属類層１０の厚さは
0.2 〜２μｍが好ましいが、本実施例では0.4 μｍとし
た。

【００６３】前記基板１の曲面５は球面であり、かつ、
前記複数の反射面６の各法線が前記球面の中心を通るよ
うに、前記球面に前記反射部材２が接合されている。基
板１及び反射部材２の材料にはホウケイ酸ガラスを使用
した。また、基板１と反射部材２の接合は、陽極接合法
により行った。基板１と反射部材２を陽極接合したと
き、溝部３形成部分及び突起部４において最大変形量0.
1 μｍの変形が生じたのに対して、反射面６部分では殆
ど変形が起こらず、最大表面粗さ0.001 μｍ以下の反射
面６とすることができた。

【００６４】

【実施例４】図４は本実施例の光学素子の断面図であ
る。該光学素子は、曲面５を有する基板１の該曲面５
に、溝部３により隔てた複数の反射平面又は反射略平面
６を表面に有し、かつ複数の突起部４を裏面に有する反
射部材２の該突起部４を接合してなり、さらに前記反射
面６上にはＸ線反射多層膜７が形成されてなる反射用光
学素子である。

【００６５】前記基板１の曲面５は球面であり、かつ、
前記複数の反射面６の各法線が前記球面の中心を通るよ
うに、前記球面に前記反射部材２が接合されている。基
板１の材料にはホウケイ酸ガラスを、反射部材２の材料
にはシリコンを使用した。また、基板１と反射部材２の
接合は、陽極接合法により行った。前記反射面６上への
多層膜７の形成は、陽極接合を行う前に行った。即ち、
先ずシリコンを材料とする平板状部材２ａを用意し、該
部材２ａにダイシング法及びエッチング法、又はエッチ
ング法単独により溝部３及び突起部４を形成して反射部
材２を作製した（図７の１．参照）。

【００６６】次に、反射部材２の反射面部分を研磨して
最大表面粗さを0.001 μｍ以下とした後、反射部材２上
に多層膜７を成膜し（図７の２．参照）、さらに陽極接
合により反射部材２を基板１の球面に接合して（図７の
３．参照）、本実施例のＸ線用反射光学素子を作製した
（図７の４．参照）。なお、Ｘ線反射多層膜７の成膜に
は、イオンビームスパッタ装置やマグネトロンスパッタ
装置等の成膜装置を用いた。多層膜７は、Ｍｏ／Ｓｉを
５０〜１００ペア成膜して形成した。

【００６７】反射部材２を前記基板１の球面上に陽極接
合により接合する際（図７の３．参照）基板１より大き
めの反射部材２を用いて、その端部に電極８を接続すれ
ばよい。また、基板１と同じ大きさの反射部材を用いる
ときは、反射部材２の端部反射面に多層膜７を成膜しな
いで、或いは、成膜した多層膜のうち、反射部材２の端
部反射面上の多層膜７を剥離して、該端部反射面に電極
８を接続すればよい。

【００６８】基板１と反射部材２を陽極接合したとき、
溝部３形成部分及び突起部４において最大変形量0.1 μ
ｍの変形が生じたのに対して、反射面６部分では殆ど変
形が起こらず、最大表面粗さ0.001 μｍ以下の反射面６
を有する光学素子を作製できた（図７４．参照）。本
実施例の光学素子は、Ｘ線光学素子として使用すること
ができた。

【００６９】

【実施例５】図４は本実施例の光学素子の断面図であ
る。該光学素子は、曲面５を有する基板１の該曲面５
に、溝部３により隔てた複数の反射平面又は反射略平面
６を表面に有し、かつ複数の突起部４を裏面に有する反
射部材２の該突起部４を接合してなり、さらに前記反射
面６上にはＸ線反射多層膜７が形成されてなる反射用光
学素子である。

【００７０】前記基板１の曲面５は球面であり、かつ、
前記複数の反射面６の各法線が前記球面の中心を通るよ
うに、前記球面に前記反射部材２が接合されている。基
板１の材料にはホウケイ酸ガラスを、反射部材２の材料
にはシリコンを使用した。また、基板１と反射部材２の
接合は、陽極接合法により行った。前記反射面６上への
多層膜７の形成は、陽極接合を行った後に行った（図８
の４．参照）。即ち、先ず、実施例１と同様の工程（図
８の１．２．３．参照）にて光学素子を作製した後、該
光学素子の反射面６に多層膜７を成膜した。

【００７１】光学素子の反射面６に多層膜７を成膜する
この方法は、多層膜を用いる光学素子において一般的に
行われている製造方法の一つである。この一般的な方法
が使用できるので、作業上の大きな変更がなく、反射面
上への多層膜７の形成を陽極接合を行う前に行う実施例
４の場合よりも、Ｘ線光学素子作製の作業性が良かっ
た。

【００７２】なお、Ｘ線反射多層膜７には、Ｍｏ／Ｓｉ
の交互多層膜を用いた。本実施例の光学素子は、Ｘ線光
学素子として使用することができた。以上説明した実施
例にかかる反射用光学素子は、点光源を多重化できるケ
ーラー照明用のミラーとして適用できる。また、反射面
にＸ線反射多層膜を形成することにより、レンズ光学系
の組めないＸ線光学系においても、ケーラー照明用ミラ
ーとして適用できる。その結果、Ｘ線顕微鏡、Ｘ線リソ
グラフィ装置等におけるＸ線照明光学系の性能を向上さ
せることができる。

【００７３】実施例では、本発明にかかる光学素子の製
法も開示しているが、同形状の光学素子を機械加工等に
よって製作する方法と比べると、基板準備、溝部及び突
起部の形成、陽極接合と大きく分けて３つある工程全部
でも、加工に要する時間が短くてすみ、しかも、汎用技
術を適用できるので、加工技術レベルの点で容易であ
る。

【００７４】実施例では、Ｘ線反射多層膜の形成につい
ても２種類の製法を開示しているがその工程は、通常基
板に多層膜を成膜する場合と同様であり、特別な装置を
用いないで短時間に該光学素子を製造することができ
る。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の反射用光
学素子は、厳密な形状精度及びあらさ精度の両方を満足
するので、例えば、前記理論的なケーラー照明用ミラー
と同等の機能を有する反射用光学素子として実用に供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、実施例１の光学素子の平面図（ａ）及び断
面図（ｂ）である。

【図２】は、実施例２の光学素子の断面図である。

【図３】は、実施例３の光学素子の断面図である。

【図４】は、実施例４、５の光学素子の断面図である。

【図５】は、実施例１の光学素子を製造する方法の工程
説明図である。

【図６】は、反射部材を製造する方法の工程説明図であ
る。

【図７】は、実施例４の光学素子を製造する方法の工程
説明図である。

【図８】は、実施例５の光学素子を製造する方法の工程
説明図である。

【図９】は、σの各値におけるＯＴＦと空間周波数の関
係を示す説明図である。

【図１０】は、ケーラー照明光学系の概念を説明する説
明図である。

【図１１】は、理論的なケーラー照明用ミラーの概念を
説明する説明図である。

【図１２】は、一般的なＸ線顕微鏡の構成図である。

【主要部分の符号の説明】

１・・・基板２・・・反射部材２ａ・・・平板状部材３・・・溝部４・・・突起部５・・・基板の曲面（接合面）６・・・反射面７・・・Ｘ線反射多層膜８・・・電極（反射部材側）８’・・電極（基板側）９・・・誘電体（ホウケイ酸ガラス）層１０・・・金属類（シリコン）層１１・・・ＳｉＯ₂膜１１’・・ＳｉＯ₂膜１２・・・レジスト１２’・・レジスト１３・・・マスク１３’・・マスク１４・・・アライメントマーク１４’・・アライメントマークに対応するレジストパタ
ーン１５・・・Ｘ線発生器１６・・・Ｘ線照明光学系１７・・・試料カプセル１８・・・Ｘ線拡大光学系１９・・・Ｘ線撮像装置２０・・・真空排気容器２１・・・排気するための装置（排気系）２２・・・光源２３・・・第１のレンズ２４・・・オプティカルインテグレーター２５・・・多重化された光源像２６・・・第２のレンズ２７・・・物体２８・・・入射光
以上

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−257100（ＪＰ，Ａ) 特開平５−256717（ＪＰ，Ａ) 特開平４−363698（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−146000（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21K 1/06 G02B 5/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溝部により隔てた複数の反射平面又は反
射略平面を表面に有し、かつ、複数の突起部を前記溝部
の反対面に有する反射部材の該突起部を、曲面を有する
基板の該曲面に接合してなる反射用光学素子。
【請求項２】前記基板の曲面が球面であり、かつ、前
記複数の反射平面又は反射略平面の各法線が前記球面の
中心を通るように、前記球面に前記反射部材の突起部が
接合されてなることを特徴とする請求項１記載の反射用
光学素子。
【請求項３】溝部の平面投影形状を回転対称な格子形
状とし、かつ、前記突起部を前記溝部の交点位置の反対
面に設けたことを特徴とする請求項２記載の反射用光学
素子。
【請求項４】前記基板と前記反射部材の突起部とが陽
極接合法により接合されてなることを特徴とする請求項
１〜３記載の反射用光学素子。
【請求項５】反射面にＸ線反射用多層膜を設けたこと
を特徴とする請求項１〜４記載の反射用光学素子。
【請求項６】溝部により隔てた複数の反射平面又は反
射略平面を反射部材の表面に設け、かつ、複数の突起部
を前記反射部材の溝部の反対面に設ける反射部材作製手
順と、前記突起部を、曲面を有する基板の該曲面に接合する接
合手順と、を含むことを特徴とする反射用光学素子製造方法。
【請求項７】前記接合手順は、前記基板の曲面を球面
に形成し、かつ、前記複数の反射平面又は反射略平面の
各法線が前記球面の中心を通るように、前記球面に前記
反射部材の突起部を接合する手順を含むことを特徴とす
る請求項６記載の反射用光学素子製造方法。
【請求項８】前記反射部材作製手順は、溝部の平面投
影形状を回転対称な格子形状に形成し、かつ、前記突起
部を前記溝部の交点位置の反対面に設ける手順を含むこ
とを特徴とする請求項７記載の反射用光学素子製造方
法。
【請求項９】前記接合手順は、前記基板と前記反射部
材の突起部とを陽極接合法により行う手順を含むことを
特徴とする請求項６〜８記載の反射用光学素子製造方
法。
【請求項１０】前記反射部材作製手順と前記接合手順
の間に、前記複数の反射平面又は反射略平面にＸ線反射
用多層膜を設ける手順を含むことを特徴とする請求項６
〜９記載の反射用光学素子製造方法。
【請求項１１】前記接合手順の後に、前記複数の反射
平面又は反射略平面にＸ線反射用多層膜を設ける手順を
含むことを特徴とする請求項６〜９記載の反射用光学素
子製造方法。